طراحی مناسب کانال ها و بهینه سازی مقاطع رودخانه ها به طور قابل توجهی کاهش هزینه اقتصادی و امکان توجیه اجرای پروﮊه ها را فراهم خواهد ساخت. در این راستا تئوری رﮊیم، امکان بررسی تجربی و نیمه تجربی طراحی کانال های پایدار را که در آنها فرسایش و انتقال رسوب در حال تعادل است، فراهم می سازد. هدف این تحقیق بررسی و مقایسه تاثیر نوع جریان (یکنواخت وغیر یکنواخت) در پیش بینی مشخصات یک کانال پایدارمی باشد. در بررسی اثر جریان یکنواخت از روابطی بر اساس معادله های تجربی ونیمه تجربی (فرضیه حدی ) توسعه یافته اند، استفاده به عمل آمده است. برای بررسی تاثیر جریان یکنواخت معادلات تجربی و نیمه تجربی (فرضیه حدی) لیسی، شیتال، کنداب و گارد و چانگ انتخاب شدند. مقایسه و برآورد قدرت پیش بینی هر یک از معادلات فوق با استفاده از روش های ترسیمی (گرافیکی) آماری و 24 کانال طبیعی واقع در آمریکا که در شرایط رژیم قرار داشتند صورت پذیرفت. به منظور بررسی ساختار جریان غیر یکنواخت روی مشخصات کانال پایدار از 21 نیم رخ سرعت اندازه گیری شده در رودخانه گاماسیاب استفاده گردید. با کاربرد تئوری لایه مرزی، سرعت برشی برای هر یک از این نیم رخ های سرعت محاسبه شد. برای جریان غیر یکنواخت، پارامتر شیلدز که در آن تنش برشی به کمک روش لایه مرزی محاسبه می گردد، به عنوان موثرترین پارامتر پیش بینی مشخصات کانال رژیم شناخته شد. در نظر گرفتن هم زمان اثر جریان غیر یکنواخت و تئوری لایه مرزی نه تنها خطر هم بستگی ساختگی را از بین می برد، بلکه دقت پیش بینی مشخصات مقطع کانال پایدار را نیز افزایش می دهد.

در حال حاضر از دو فرمول کلی برای طراحی قطر زهکش ها استفاده می شود که اولی مبتنی بر برقراری جریان یکنواخت است و فرمول دوم براساس حاکمیت جریان غیریکنواخت (بده متغیر) ارائه شده است. برای شرایط یکسان، فرمول دوم بده را در حدود 70% بیشتر از فرمول اول می دهد. درحالی که در استخراج فرمول های یادشده فرض های هیدرولیکی یکسانی پذیرفته شده است. با توجه به چنین اختلافی، به نتایج کدام فرمول و تحت چه شرایطی باید اعتماد کرد؟ در این تحقیق میزان ظرفیت انتقال لوله های موجدار زهکشی در شرایط آزمایشگاهی تعیین گردید. سپس نتایج آزمایشگاهی با نتایج فرمول های متداول مورد مقایسه قرار گرفت. مشاهدات آزمایشگاهی نشان داد که ظرفیت انتقال محاسبه شده براساس فرمول جریان یکنواخت در دامنه شیب های طولی کاربردی، فرض های پذیرفته شده در استخراج فرمول را برقرار نکرده و همواره جریانی باسطح آزاد در طول لوله ایجاد می نماید. اما ظرفیت انتقال محاسبه شده براساس فرمول جریان غیریکنواخت در شیب های تندتر محدوده کاربردی، جریان را در لوله به مقدار قابل توجهی تحت فشار قرار می دهد که به معنای برقراری شرایط نامطلوب ایستایی می باشد. به این ترتیب لوله انتخاب شده براساس فرمول جریان یکنواخت، امکان عبور بده بیش بده طراحی را فراهم خواهد کرد، اما قطری که براساس فرمول جریان غیریکنواخت انتخاب شده باشد، نمی تواند بده طرح را با شرایط مطلوب، به خصوص در شیب های تندتر، عبور دهد. از آنجا که میزان افزایش ظرفیت انتقال لوله و شدت تحت فشار قرار گرفتن جریان، که اولی بخاطر استفاده از فرمول جریان یکنواخت و دومی به دلیل کاربرد فرمول جریان غیریکنواخت حاصل شده است. تابع شیب طولی لوله می باشد. در این تحقیق اثر این فاکتور و همچنین اثر انسداد نسبی لوله بر ظرفیت انتقال مطالعه شده و نتایج کاربردی آن گزارش شده است.

طراحی ابعاد مجاری در شبکه های انتقال و توزیع آب روباز غالبا براساس اعماق جریان یکنواخت صورت می گیرد که تعیین آن ها مستلزم استفاده از نمودارهای طراحی یا حل معادلات مقاومت به صورت آزمون و خطا می باشد. اگرچه محققین مختلف روابطی را پیشنهاد کرده اند که عمق بحرانی را در کانانل های روباز بطور صریح تعیین می کنند، اما پیش از این چنین فرمول هایی برای تعیین اعماق جریان یکنواخت منتشر نشده است. در این تحقیق با بررسی تفصیلی انواع مختلف توابع به منظور دست یابی به فرم مناسب برای تعیین یکنواخت، توابعی به دست آمد که بر پایه آن ها امکان پیشنهاد فرمول های صریح میسر شد. به کمک فرمول های ارایه شده در این تحقیق می توان عمق جریان یکنواخت را در شکل مقاطع هندسی ذوزنقه ای، مستطیلی و دایره ای بطور صریح و بدون نیاز به آزمون و خطا یا روش های تکرار تعیین نمود. روابط یاد شده براساس فرمول مانینگ استوار شده و حداکثر خطای آن ها برای دامنه ابعاد کاربردی در مقاطع ذوزنقه ای، مستطیلی و دایره ای به ترتیب برابر 1.5، 0.1، و 1.2 درصد می باشد.

ایجاد جریان غیرماندگار در شبکه های آبیاری نتیجه ی انجام عملیات بهره برداری برای پاسخگویی به تغییرات نیاز آبی است که بر عملکرد هیدرولیکی شبکه تاثیر می گذارد. افزایش عملکرد هیدرولیکی نیاز به شناخت جریان غیرماندگار در شبکه و کمی کردن عوامل موثر آن دارد. معادلات سنت و نانت که بر جریان غیرماندگار حاکم است، حل تحلیل ندارند و باید با استفاده از روش های عددی حل شود. در این پژوهش، ابتدا معادلات حاکم بر جریان غیردائمی در اطراف دبی و عمق اولیه خطی شده و سپس یک رابطه شبه تحلیلی برای محاسبه دبی در زمان های مختلف ارائه شد. شبیه سازی های متعددی با استفاده از مدل عددی برای تغییرات دبی 10، 20 و 30 درصد دبی اولیه صورت گرفت و نتایج مدل عددی با رابطه ارائه شده مقایسه گردید. نتایج نشان داد که مقدار حداکثر خطا رابطه ارائه شده برای KF2>1، کمتر از 3.8 درصد است.

مطالعه تجربی انجام شده به منظور بررسی شرایطی است که تحت آن جریان معکوس از داخل محفظه ای فوقانی به داخل یک لوله ی فلزی حرارتی توام با پدیده جوشش و نیز خشکیدگی فرئون 113، رخ می دهد. سپس اثرات جریان معکوس به روی مقدار و موضع شار حرارتی بحرانی مورد بررسی قرار گرفته است. یک مدل تحلیلی فرمول بندی شده و بر روی محاسبه ی سرعت و ضخامت جریان نیم مایع رو به پایین مورد استفاده قرار گرفته است.

تخمین پروفیل سطح آبدرآبخوان هاهنگامی با اهمیت خواهد شد که متأثر و هم زمان با تغذیه ی سطحی (مانند بارش) باشد. تغذیه ی سطحی می تواند موقعیت و وضعیت نیمرخ سطح آب را دچار نوسان کند و مهندس طراح نتواند پروفیل سطح آب را به خوبی برآورد کند. این حالت در شرایطی سخت تر خواهد شد که مصالح آب خوان درشت دانه یا به اصطلاح مصالحی با نفوذپذیری بالا و سرعت جریان آب نیز در وضعیت غیردارسی باشد. به همیندلیلضروریاستبامحاسبة مقداردقیق نیمرخنشتازآب خوانودر نظرگرفتنمسائلفنی، از خطرهایجانیومالیمحتملجلوگیری شود. در همین راستا باارائه ی یکحلتحلیلی(ریاضی) بااثر تغذیه و فرضیاتغیردارسیوجریانمتلاطمتوسعه یافتهبهبررسیپروفیلجریاندرونمصالحدرشت دانهپرداختهشدهاست. در این تحقیق، از داده های یک مدل آزمایشگاهی با طول، عرض و ارتفاع به ترتیب 5، 6/0 و 1 متر، با شیب 0135/0 و دارای شرایط مرزی تراز آب بالادست و پایین دست مختلف و متأثر از تغذیه سطحی، مدل سازی و برای مقایسه و ارزیابی مدل تحلیلی این پژوهش از معادلات دیگر محققان استفاده شد که در نهایت نتایج حاصل از این تحقیق، دقت بالای حل ارائه شده را نشان داده است.

بهره وری از سرریزهای پلکانی، به علت هزینه ساخت پایین و بازدهی بالای آنها بطور فزاینده ای رو به افزایش است. از این رو، تحقیقات نیز در این زمینه با رشد و توجه زیادی از سوی مهندسین سد همراه بوده، ولی اغلب این مطالعات در زمینه سرریز های پلکانی با ارتفاع پله یکنواخت می باشد، در حالی که ارتفاع پله غیر یکنواخت نیز می تواند در بعضی حالات به عنوان یک گزینه مطرح گردد. در این تحقیق از یک نمونه فیزیکی از سد هرات برای تند آب پلکانی با ارتفاع 1.3 متر و شیب 19.2 درجه برای صحت سنجی شبیه عددی استفاده شد، سپس سه نوع پیکربندی پلکانی با استفاده از پویایی سیال محاسباتی در قالب نرم افزار ANSYS CFX برای محدوده جریان 1.54# dc/h # 16.15 مورد آزمایش قرار گرفتند. شبیه سازی جریان دو حالتی آب و هوا برای هر یک از پیکربندی ها و تمامی محدوده های بده ها صورت پذیرفت و نتایج در زمینه های الگوی جریان، استهلاک کارمایه و نقطه شروع هوادهی جریان مورد مقایسه قرار گرفتند. نتایج نشان از تفاوت حداقلی استهلاک کارمایه را در محدوده نوع جریان ریزشی و تفاوت حداکثری در نوع لغزشی داشتند.

متن کامل این مقاله به زبان انگلیسی می باشد، لطفا برای مشاهده متن کامل مقاله به بخش انگلیسی مراجعه فرمایید.لطفا برای مشاهده متن کامل این مقاله اینجا را کلیک کنید.